Металл особой ценности
Розен Б.Я., Розен Я.Б.
Металлургия, 1988 г.
Алюминиевые руды с высоким содержанием кремния предложено перерабатывать кислотными способами. Поскольку алюминий по своей природе обладает амфотерными свойствами, то есть одинаково хорошо растворяется в кислотах и щелочах, а кремний в кислотах практически нерастворим, но обрабатывая такие руды кислотой, можно отделить глинозем от кремнезема. При этом нет необходимости использовать известь, чтобы связать кремнезем, как это приходится делать при спекании. Однако себестоимость глинозема, получаемого при переработке кислотными способами бедных алюминиевых руд, выше, чем по способу Байера. Вот почему усилия исследователей по-прежнему направлены на дальнейшее совершенствование этого столь хорошо себя зарекомендовавшего способа производства глинозема. Увеличить его эффективность можно повысив температуру выщелачивания. С повышением температуры возрастает степень извлечения глинозема из боксита, а также повышается устойчивость рабочих растворов. И еще одно важное преимущество — значительно сокращается аппаратура, необходимая для выпарки — самой энергоемкой стадии процесса Байера, и уменьшается время выщелачивания.
Однако проведение процессов выщелачивания при высоких температурах (300—350С) требует замены существующих автоклавов трубчатыми.
Высокотемпературное выщелачивание немыслимо без эффективной технологической схемы полного использования тепла. Поэтому алюминщики, совершенствуя процесс Байера, стремятся найти правильное (оптимальное) решение проблемы. Уже достигнуты значительные успехи. Созданы схемы использования тепла, которые позволяют снизить расход пара на тонну глинозема с 6—8 до 2—3 тонн.
В Советском Союзе успешно разрабатывается другой весьма оригинальный способ переработки бокситов с высоким содержанием кремния — гидрохимический. Его главное достоинство — большая простота. Полностью устраняется операция спекания шихты при температуре 1200—1300°С, не нужны уже громоздкие печи со сложной системой улавливания пыли. Руда подвергается выщелачиванию при 300—350°С.
Успешная разработка этого технически несложного способа стала возможной лишь благодаря систематическому и глубокому изучению системы, состоящей из оксидов натрия, алюминия, кремния, кальция и воды (Na2O— Al2 О3 — SiO2 — CaO—H2O). Понимание химического поведения этой системы, во многом определяющей различные процессы глиноземного производства, дало возможность разработать технологию извлечения глинозема на новой принципиальной основе. Помогла и новая техника — автоклавы, способные работать при высоких температурах.
Изобретательская мысль стремится создавать и новые методыtполучения металлического алюминия. Один из них может стать серьезным соперником такого, казалось бы, незаменимого и незыблемого процесса, как электролиз криолито-глиноземных расплавов, и столь простого и совершенного способа Байера. При имени его изобретателя метод называется Тот-процессом и пригоден для переработки бедных бокситов и глин. Глину смешивают с коксом и пропускают через смесь хлор — газ. Полученный хлорид алюминия очищают от примесей и смешивают с гранулами марганца, который вытесняет из него алюминий, а сам превращается в хлористую соль. Хлористый марганец затем окисляют кислородом воздуха в диоксид. При этом хлор освобождается и возвращается в процесс, так же как и марганец.
У нового способа много преимуществ — не образуется красный шлам, переработка которого доставляет алюминщикам много забот, не нужны вредные для здоровья фтористые соли, не загрязняется окружающая среда. К тому же гораздо меньше капиталовложения, дешевле обслуживание. Расход энергии при новом способе производства алюминия составляет всего 10 %, а себестоимость 50 % от существующих ныне способов. Японская фирма "Мицуи алюмина" разработала новую технологию выплавки и очистки алюминия, которая дает значительную экономию электроэнергии. По новой технологии бокситы нагревают с коксующимся углем до 2000°С. При такой температуре алюминий, который содержится в руде, отделяется от кислорода подобно тому, как железные руды расстаются с кислородом при выплавке чугуна в доменной печи. Полученный алюминий рафинируют, получают слитки металла чистотой 99,9 %. Уже несколько лет работает в Японии установка, построенная фирмой "Мицуи алюмина". Получаемый на этой установке алюминий значительно дешевле, чем при производстве традиционными методами.
Повышения эффективности производства глинозема и алюминия без изменения конструкции аппаратов и технологических параметров процессов можно достичь и другим путем — автоматизацией.